电子封装中的不流动芯下材料力学性能和封装可靠性的研究

可控坍塌芯片互连（C4）技术可以实现高速、高密度、小外形的封装，因此日渐得到关注和发展。本文针对发展新一代c4技术所面临的不流动芯下材料的机械性能问题，采用具有不同填充颗粒含量的不流动芯下材料，通过对材料的机械性能的测试和分析以及有限元模拟，初步揭示了不流动芯下材料变形行为的特点，填充颗粒含量对芯下材料机械性能的影响，以及芯下材料机械性能和芯下材料工艺导致的颗粒沉积对封装可靠性的影响。首先在差示扫描量热仪（DSC）、热一力学分析仪（TMA）上对材料的固条件、热膨胀系数、玻璃化转变温度进行了测试，接着又在六轴微型试验机上对材料在不同温度和应变率下的应力一应变行为进行了测试。测试结果表明，所用材料的固化条件和玻璃化转变温度可以满足不流动芯下材料的性能要求，材料的热膨胀系数高于芯下材料理想的热膨胀系数值，材料中填充颗粒含量、温度、应变率等对材料的应力一应变行为有重要的影响。为了解芯下材料中填充颗粒含量对机械性能的影响，对不同颗粒含量材料在各测试温度和应变率下的杨氏模量、屈服强度和流动应力进行了对比和分析。结果表明，在各测试条件下，芯下材料的杨氏模量基本随着颗粒含量的增加而升高；温度较低时，材料的屈服强度随颗粒含量的增加而升高，但是，较高温度时，材料的屈服强度和流动应力随着颗粒含量的增加呈现先升高后降低再升高的变化趋势。为理解芯下材料的屈服强度和流动应力随着颗粒含量非单调变化的行为，采用广义Eshelby等效夹杂法对含颗粒试样在单轴拉伸时试样内的应力分布进行了分析，并用纳米硬度计对材料纳米尺度的性能进行了测量。应力分析的结果表明，不流动芯下材料的SiO2填充颗粒的加入会在基体里引起应力集中，应力集中系数随着颗粒含量的增加先升高后降低，试样内的应力集中有使材料屈服强度降低的趋势。纳米硬度计的测试结果表明，芯～卜材料内形成了性能介于颗粒Z基体之间的界面相，界面相的形成有使芯下材料屈服强度提高的趋势。芯下材料屈服强度随着填充颗粒含量的非单调的变化是应力集中和界面效应藕合作用的结果。温度和应变率是影响芯下材料机械性能的重要因素。为刻画温度和应变率的效应，采用Pe化yna模型描述材料的应力一应变行为。结果表明，Per叮na模型可以拟合材料应变率相关的应力一应变行为，描述不流动芯下材料应力一应变曲线的基本趋势，对材料在测试范围外的行为给出较合理的预测，并且Perzyna模型可以很方便地用于ABAQUS中，这将易于工业应用。最后，采用商用有限元程序AB AQus分析了芯下材料机械性能和芯下材料工艺导致的填充颗粒沉积对C4封装可靠性的影响。结果表明，在芯片／基板的缝隙中填入芯下材料可以显著延长可控坍塌倒装封装焊点的热疲劳寿命，提高封装可靠性，可控坍塌倒装封装焊点的热疲劳寿命随着芯下材料中填充颗粒含量的增加而增长；芯下材料中填充颗粒在C4封装基板侧的沉积将导致封装焊点的热疲劳寿命缩短，而颗粒在芯片侧的沉积则可使焊点的热疲劳寿命稍稍延长。

Pure Coulomb explosions of highly charged methane clusters investigated by a simple electrostatic model

The pure Coulomb explosions of the methane clusters (CA(4))(n), (light atom A = H or D) have been investigated by a simplified electrostatic model for both a single cluster and an ensemble of clusters with a given cluster size distribution. The dependence of the energy of ions produced from the explosions on cluster size and the charge state of the carbon ions has been analysed. It is found that, unlike the average proton energy which increases with the charge q of the carbon ions, the average deuteron energy tends to saturate as q becomes larger than 4. This implies that when the laser intensity is sufficiently high for the (CD4)(n) to be ionized to a charge state of (C4+D4+)(n), the neutron yield from a table-top laser-driven Coulomb explosion of deuterated methane clusters (CD4)(n) could be increased significantly by increasing the interaction volume rather than by increasing the laser intensity to produce the higher charge state (C6+D4+)(n). The flight-time spectra of the carbon ions and the light ions have also been studied.

光合作用与环境的研究

该成果收集了近10年来我们对光合作用与环境方面研究的主要文章共57篇，概括为6个方面的内容，其中原始论文52篇，技术方法5篇。主要的新进展与特色为：a)阐 明CAM植物代谢与PEPCK的调节特殊性。鉴别菠萝和芦荟为CAM-PEPCK亚型，PEPCK是其光下C4酸的脱羧酶。首次证明PEPCK受底物和碳代谢中间产物的调控，纯化酶的负效应剂G6P、FBP、PEP及正效应剂Mn2+的作用在于改变酶蛋白的构象。b)首先指出PEPC也是活性氧攻击的靶蛋白，其失活原因在于酶蛋白氧化降解和构象改变。不同光合途径植物对光氧化的敏感性有别。光氧化条件下C3与C4植物产生.O2- 速率、耗散激发能和PSII稳定性有一定差异。脂氧合酶（LOX）抑制光合电子传递的位点在PSII氧化侧和Q和PQ上。c)指出较强的抗氧化能力（清除自由基能力）、抗UV-B能力（积累较多的UV-B吸收物质），提高叶片吸收的光能中非光化学耗散的比例，增高光合电子流向光呼吸、O2和NO2-光还原等电子传递支路的传递速率和比例是森林植物适应于自然光环境的强光的重要保护策略。d)从马尾松年轮的δ13C分析追踪了前80年来亚热带自然林区CO2浓度的上升速率（0.7~2.3μl/L/年）。对森林中不同人类活动干扰地点大气CO2、NOX和SO2浓度的现场检测和主要树种的生理、生化变化研究，证明其与人类干扰活动的形式和强度有关，为全球变化及其后效应提供了有力的证据。通过电脑调控水稻生长大棚的CO2浓度发现不同品种间对高CO2浓度适应性的显著差别，明确了适应性较强的4个品种，并从多种指标证明高CO2浓度对水稻的光氧化损伤具有缓解或防护效应。e)盐藻细胞中甘油和蛋白质受介质盐浓度调控，固定化培养提高甘油分泌量。改进和发展了利用对有机自由基DPPH. 的清除比例与数量来评价植物抗氧化性的简易可行的分光光度法。

热带亚热带农作物和森林植物光合作用生态生理研究

该成果研究热带亚热带主要植物的光合作用途径和水分关系、光合作用对环境因子变化的响应及具有400多年历史的南亚热带自然林群落植物的主要生态生理特征。首次在国内应用稳定性碳同位素比技术对热带和亚热带植物以及广东鼎湖山片段保护区森林165种植物进行了光合途径的研究和鉴定，新发现36种C4植物和1种CMA植物，提出稳定碳同位素比值与植物生长习性、林地与冠层不同条件有关，可作为叶片受光状况的指标。具有多层次结构的森林中叶片形态结构、光合能力、氮和矿质元素含量、叶片水势和气孔运动的昼夜和季节变化等皆与群落微气候、植物生活型及其在冠层中的位置不同而异。受人类活动干扰的林地中，植物的这些生态生理特性发生了改变。在国内率先建立现代生理生态学整套方法，研究热带和亚热带植物个体和群体、群落结构和功能、植物光合作用与水分关系以及外界环境与植物适应性等关系。这些系统研究居国际先进水平。

CO2倍增对禾本科植物幼苗形态结构的影响

本论文为国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化的反应模式研究”的部分研究内容。 本文对C02正常浓度(350ppm)和C02倍增(700ppm)条件下，小麦（Triticum, aestivum）、半野生小麦(Triticum aestivum spp．tibeticumShao)、大麦（Hordeum vulgare）、野大麦（Hordeum brevisubulalum）、水稻（Oryza sativa,）、野生稻（Or7za sativa ssp．）、谷子（Setaria italica）、狗尾草（Setaria viridis）、高粱（Sorghum vulgare）、玉米（Zea mays）、旱雀麦（Bromus tectorum）、旱麦草（Eremopyrum triticeum）等12种禾本科植物幼苗的叶片厚度、叶肉细胞密度、维管束鞘细胞中的叶绿体数、叶肉细胞中的叶绿体数、表皮细胞密度、气孔密度、气孔指数、气孔长度、气孔阻抗及平均株高、鲜重、茎秆直径、根的直径、种子的萌发率及叶绿体超微结构等进行了比较研究。 结果表明，C02倍增使不同种类、不同测试项目反应不一。总体上看，CO2浓度倍增，使10种禾本科植物（野大麦、玉米外）的吐片厚度普遍增加。除个别种类外，C4种类的平均株高、鲜重、根直径倍增组比对照组减小;气孔平均密度增加，而C3种类则呈相反趋势o C4种类比C3种类的叶片气孔开度对C02倍增反应更为敏感。在高浓度C02条件下，C4种类的叶绿体超微结构变化较明显，淀粉粒显著增加。野生种类的表皮细胞密度，叶肉细胞密度，维管束鞘细胞中的叶绿体数及茎秆直径，C02倍增组比对照组减少，栽培种类则显著增加。气孔密度与气孔指数基本呈正相关;而气孔长度与气孔密度则大体上呈负相关。 文中对高浓度C02条件下，供试植物形态结构的变化和规律，及全球大气变化对未来农业可能产生的影响进行了讨论。

I.小麦非叶器官碳酸酐酶活性与定位分析II.镉毒害导致芦苇胚性细胞死亡的激素调控研究

第一部分： 通过生理测定和化学染色分析了冬小麦品种小堰54和京411的叶片和非叶片组织的碳酸酐 酶活性。叶片碳酸酐酶活性(CA)在挑旗时期达到最大值，之后减少到最小，而在饱粒期又呈 增加趋势。从灌浆期到饱粒期，颖片和内稃的CA活性均减少，而外稃和种皮的CA活性均增加。在饱粒期，小堰54的叶片、颖片、外稃和种皮CA活性均高于京411。组织化学染色表明，CA主要分布在旗叶的叶肉细胞叶绿体中，也分布在非叶片组织颖片、外稃和内稃的叶肉和维管束鞘细胞的胞质中。这些结果表明，小麦非叶组织叶肉和维管束鞘细胞的胞质中的CA可能对饱粒期冬小麦的C4光合途径起作用。饱粒期小堰54的C02传递到Rubisco酶速率和抗旱性较京411高。 第二部分： 以继代培养的芦苇胚性细胞为材料，利用台盼兰拒染法检测了悬浮细胞死亡过程，并利用石蜡切片法及苏木精染色法观察了不同浓度镉对芦苇细胞的毒害作用。1000μM的CdCl2迅速导致芦苇悬浮细胞死亡，200μM的CdClz在接种后第5天引起悬浮细胞死亡，100μM的CdCl2在接种后第7天引起悬浮细胞死亡，≤50μM的CdClz在接种后7天不引起悬浮细胞死亡。同时对不同浓度镉处理的芦苇胚性细胞的内源植物激素和可溶性蛋白质进行分析，≤50μM的镉浓度显著地降低胚性细胞内IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却提高ABA的含量，抑制可溶性蛋白质的合成：≥100μM的镉浓度显著地提高IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却降低ABA的含量，促进可溶性蛋白质的合成。这些结果表明，镉的毒害至少包括镉浓度决定的两种细胞死亡机制，高浓度的镉(1000μM)引起的细胞死亡应当为坏死，而100μM的镉引起植物悬浮细胞发生程序性死亡。在较高浓度(≥100μM)的镉处理下，芦苇细胞内内源IAA、ZR、GA3和GA4的浓度较高，可能调控可溶性蛋白质的合成而促进细胞发生程序化死亡。

根瘤菌、铵态氮、光照强度对大豆固氮和光合作用影响的研究

生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替，以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就，但是，很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异，比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响，以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究，试图将两者偶联起来。研究获得以下结果： 1．用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后，与出发菌株比，均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比，nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用，大豆的光合作用参数，固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后，尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异，但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2．光照培养条件下，对大豆进行了接种根瘤菌（108细菌/ mL）、低氮（5 mmol/L (NH4)2SO4）和高氮（30 mmol/L (NH4)2SO4）处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明：低氮处理的最好，接种根瘤菌的次之，高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求，其光合作用和生长受到不利影响。但是，高氮处理也并没有提高大豆的光合作用，其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3．接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强（150μmol photons m-2s-1）下生长三周后进行遮光（15μmol photons m-2s-1，7天）和复光（正常光强，7天）处理，大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数，以及植物的生长生理参数结果表明：接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下，接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后，根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4．获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中，考虑转基因植物的安全性，着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作，忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因（pmi），表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因，使得甘露糖筛选没有成功。

植物个体的生理生态动力学模型

GCTE（全球变化和陆地生态系统），作为IGBP的核心计划之一，其目的是研究陆地生态系统与全球气候变化及人类社会经济和土地利用改变之间相互作用的耦合机理关系，预测生态系统结构、功能的未来变化。其中，植物个体水平的生理生态学模型研究是GCTE中必不可少的重要环节，它不仅可以揭示植物在个体水平上对全球变化的动态响应机制，而且可通过揭示大尺度响应所隐含的微观生物学机理，为大尺度研究提供重要的生理学参数和规律，在全球变化各尺度研究中发挥着不可替代的作用。本文主要围绕植物个体的生理生态学模型开展了如下研究：在开顶式气室CO2倍增大豆生长实验基础上，建立描述植物主要生理过程的生理生态模型，分析植物个体的光合作用、气孔传导度、蒸腾作用以及水分利用效率在全球场变化下的动态响应机制;在此基础上，建立起以统计性天气模型驱动的植物个体生长发育系统动力学模型，通过敏感度分析探讨植物个体的生理生态特性，如光合、呼吸、绿色及非绿色生物量等，对全球变化，特别是对CO2增加，气温升高及降水改变共同作用的响应机制;针对固氮植物的特点，将前一模型发展成为基于共生固氮和同化过程相互作用机制的植物个体生理生态系统动力学模型，模拟不同CO2浓度、气候变化以及固氮与不固氮条件下植物个体生物量的动态响应，并分析CO2浓度、气候条件和是否具固氮能力在对植物生长发育影响方面的相互作用;以中间锦鸡儿为研究材料进行水分控制实验，观测水分对植物同化物分配等过程的影响;将水分利用效率模型应用到NECT样带的主要植物种，得出各植物种的描述其水分利用效率特性的参数，结合样带上各植被类型的结构特征，得到沿样带各植被类型在植物种类组成方面的水分利用效率参数;应用系统聚类分析、因子分析等多元统计方法对样带上锡林河流域122种植物的化学成分与植物类群和所处生境的关系进行了定量分析。结果表明： 1）CO2倍增情况下，净光合速率提高45%，其中光量子效率显著增加，而CO2传导系数略有下降;气孔传导度、蒸腾速率下降约30%;水分利用效率随CO2浓度增加几乎呈线性增长，倍增后提高近一倍。（当气温，水分适宜，光合有效辐射为1000μmol photons m-2 s-1); 2）在北京地区仅CO2倍增而气候条件维持现状的情况下可导致大豆总生物量峰值提高70%，绿色部分提高56%，其中，全生育期内总净光合量增加，而单位干重的暗呼吸速率下降;由于受同化物分配中物候因素的影响，绿色生物量比总生物量提前10日左右到达其峰值。 3）CO2浓度增加和具固氮能力在模拟范围内对植物生长均产生正效应;而在水分为植物生长限制因子的干旱半干旱地区，降水增加对植物生长产生正效应，气温升高则具负效应; 4）随着C供给条件的好转，具固氮能力对植物生长的影响增强;反之随植物吸收N能力的提高，C供给对植物生长的作用加剧。 5）气温、降水在对植物生长发育影响方面，随着一方条件的好转，另一方对植物生长产生的效应增强; 6）具固氮能力对植物生长的正效应随气候条件的好转而增强，气候变化对植物生长的影响随植物具备了固氮能力而加剧; 7）气候条件越恶劣，如在此半干旱区变得更为干旱，CO2浓度增加对植物生长的正效应越加显著;且随CO2浓度的增加，气候因子的效应逐渐减弱。这主要是因CO2增加提高了植物个体的水分利用效率，从而使得CO2的正效应在水分胁迫下更为明显;同时由于水分利用效率的提高，使得植物个体抵御和适应外界环境变化，特别是由气温、降水改变导致的水分条件变化，的能力得到增强。 8）锦鸡儿水分生理生态实验的初步结果表明，土壤水分状况影响着植物的同化物分配，随着水分胁迫的加剧，同化物分配向根部集中，植物的根冠比增加。 9）沿样带水分递减梯度，植被类型在植物种类组成方面的反映水分利用效率特性的参数kv逐渐增加，从而显示出随着水分条件的不足，植被类型中耐旱品种，尤其是C4种增加;人为活动干扰，主要是对草场等的过度利用而导致的盐渍化、沙化，使得退化了的植被类型中k_v值显著提高，表明原有的植物种逐渐被耐旱、耐盐碱的品种，特别是C4植物所代替;在样带动上，这种由于人为活动干扰所引起的植被类型在植物种类组成方面反映水分利用效率特性的参数kv的变化明显大于因样带水分梯度改变而带来的变化。 10）锡林河流域草原植物化学成分一方面与植物类群有关，受自身历史演化的决定，另一方面更受到所处生境条件的极度大影响和制约。其中，禾本科、豆科植物分别具有明显的化学成分特征;撂荒地群落与自然群落中植物、沙质与非沙质生境中植物化学成分差异较显著;因子分析中认为存在大量元素与微量元素两个公共因子，豆科与禾本科相比，豆科植物因其固氮能力，所含大量元素水平较高，而禾本科植物因细胞壁硅质化，含微量元素稍高;沙质生境因其养分贫瘠，植物的大量与微量元素均较非沙质生境中的低;特别是本区地带性土壤-栗钙土与特异性生境沙带中的疏林沙土相比，疏林沙土上植物大量与微量元素含量较栗钙土区植物明显偏低。